單級感應線圈炮能量轉換效率研究

1、中國太原第九屆中國信息融合大會第九屆中國信息融合大會TaiyuanChina2019年10月TheNinthChineseInfmationFusionConference1收稿日期：20101228；修回日期：20110302基金項目：國家自然科學基金（No.61301074No.61271107）；國國防預研項目（91400C800501140C80340）。單級感應線圈炮能量轉換效率研究張三1a，李四2，趙大偉1b，劉小虎1c（1

2、海軍航空工程學院a院務部；b新裝備培訓中心；c七系，山東煙臺264001；2海軍裝備部，北京100071）摘要：在單級感應線圈炮的發(fā)射過程中，隨著電容器組放電電壓、電容量以及電樞初始位置的變化，彈丸出口速度和系統(tǒng)能量轉換效率也將隨之發(fā)生變化。為獲得其中的規(guī)律，建立了單級感應線圈炮的數(shù)學模型，仿真分析了電容器組放電電壓、電容量以及電樞初始位置對彈丸出口速度及系統(tǒng)能量轉換效率的影響。分析結果表明，隨著放電電壓增加彈丸出口速度幾乎呈直線上升，

3、而系統(tǒng)能量轉換效率卻先增加后減小，存在一個最佳放電電壓使得系統(tǒng)能量轉換效率最大；隨著電容器組電容量增加，彈丸出口速度不斷增大但增幅逐漸減小趨于飽和，而系統(tǒng)能量轉換效率先增加后減小，存在一個最佳電容器組電容量使得系統(tǒng)能量轉換效率最大；隨著電樞初始位置沿彈丸發(fā)射方向移動，彈丸出口速度和系統(tǒng)能量轉換效率都先增大后減小，存在一個最佳初始位置使得二者同時達到最大。關鍵詞：單級感應線圈炮；電樞；能量轉換效率中圖分類號：O441.3文獻標志碼：A0引

4、言要實現(xiàn)感應線圈炮的工程應用，如何提高其系統(tǒng)能量轉換效率將是一個必須解決的問題。以美國為首的歐美發(fā)達國家正在致力于該問題的研究。美國桑迪亞國家實驗室正在研制應用于未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)(FutureCombatSystems，F(xiàn)CS)上的感應線圈迫擊炮，其能量轉換效率可達22%[17]。國內研制的感應線圈炮發(fā)射裝置能量轉換效率相對較低，一般在5%以內[810]。而感應線圈炮的理論能量轉換效率最高可達100%[11]。由此，可以得出兩個結論：一是無

5、論國內還是國外的感應線圈炮能量轉換效率都還有較大的提升空間；二是在感應線圈炮的能量轉換效率上國內與國外相比存在一定的差距。文獻[12]分析了單級線圈加速電樞的機理，并且進行了單級線圈加速的實驗研究。文獻[13]分析了電樞初始位置對彈丸速度的影響，仿真求解了系統(tǒng)的最佳初始位置。文獻[14]對單級感應線圈炮的工作過程進行了仿真，并計算了系統(tǒng)的能量轉換效率。但總的來說，國內對單級感應線圈炮能量轉換效率的研究較少。1系統(tǒng)工作原理及數(shù)學模型1.1

6、工作原理感應線圈炮早期被稱為“同軸發(fā)射器”，“質量驅動器”，或者“行波加速器”等，其原理是用脈沖或者交變電流產生磁行波來驅動帶線圈的彈丸或者磁性材料彈丸[1115]。單級感應線圈炮是線圈炮的一個分支，一般由儲能電源(如電容器組)、驅動線圈、發(fā)射組件(包括電樞和彈丸)以及觸發(fā)控制開關等組成，基本結構見圖1。Commented[微軟用戶微軟用戶1]:大標題：方正黑體簡體，二號，居中一級標題：方正黑體簡體，四號二級標題：方正黑體簡體，小四三級

7、標題：方正黑體簡體，五號Commented[微軟用戶微軟用戶2]:楷體_GB2312，小四Commented[微軟用戶微軟用戶3]:方正書宋_GBK，小五Commented[微軟用戶微軟用戶4]:提供相關中圖分類號Commented[微軟用戶微軟用戶5]:正文：方正書宋_GBK，五號，中文標點符號Commented[微軟用戶微軟用戶6]:正文中英文雙引號，英文括弧。2019張三，等：單級感應線圈炮能量轉換效率研究32.2電容器組電容量對

8、彈丸出口速度及能量轉換效率影響給定放電電壓為4kV，放電時電樞和驅動線圈的中心距為20mm，取電容器組電容量在[010000](單位μF)中變化，仿真得出的彈丸出口速度和能量轉換效率隨電容器組電容量變化的曲線如圖6和圖7所示。3結束語本文建立了單級感應線圈炮的數(shù)學模型，仿真分析了電容器組放電電壓、電容量以及電樞初始位置對彈丸出口速度及系統(tǒng)能量轉換效率的影響，獲得了放電電壓、電容容量以及電樞初始位置與彈丸出口速度及系統(tǒng)能量轉換效率之間的規(guī)

9、律。在單級感應線圈炮的發(fā)射過程中，通過增加電容器組放電電壓、電容量以及尋找電樞最佳初始位置都可以提高彈丸出口速度。但是要提高能量轉換效率必須對系統(tǒng)進行優(yōu)化，通過配置最佳的電容器組放電電壓、電容量以及電樞初始位置才能實現(xiàn)。參考文獻：[1]CarterGC.Timedelayestimationfpassivesonarsignalprocessing[J].IEEETransactionsonAcousticsSpeechSignalPr

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15、onofquadraticoptimizationproblems[J].IEEESignalProcessingMagazine201027(3):2034.作者簡介：作者簡介：相片寬度為1.8cm，XXX(1987)，男，講師，博士學歷，研究方向：雷達數(shù)據處理、組網融合、情報體系評估等。Email:xxx@ResearchofEnergyConversionEfficiencyinSingleStageInductionCoilgu

16、nXINQingwei1a，CAOWanping2，SHANGChongwei1b，LIUWenbiao1c（NavalAeronauticalAstronauticalUniversitya.DepartmentofGeneralAffairs；b.NewEquipmentTrainingCenter；c.GraduateStudents’Brigade，YantaiShangdong264001，China；Commented[微軟